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單法蘭液位計新式三重管法的應用

作時間:2019-08-28  來源:  作者:
   
1.導言
單法蘭液位計作為地基止水處理的一種技術措施,多用于深基坑止水帷幕、防止地基突涌冒水等方面地基加固。深圳至中山跨江通道西人工島西小島成功應用單法蘭液位計新式三重管法止水施工技術,減緩海水滲透小島內,達到基坑施工期間安全穩定目的,值得借鑒。
 
2.工程概況
西小島島壁結構采用插入式鋼圓筒結構,島壁外側的海水水位平均高程+0.52m,鋼圓筒底部的粗砂、礫砂、砂礫狀強風化巖、碎塊狀強風化巖與海水聯通,富含承壓水,具有較高的滲透性。小島內標高-35m以下地層以風化巖為主,標高-30~-35m地層以滲透性較強的黃色中粗砂為主,標高-18.5~-30m地層以黏土、淤泥質土為主,標高-18.5m以上為回填中粗砂。西小島內基坑需開挖至-10m以下,僅靠西小島內外降水井降水,達不到基坑開挖穩定要求。為了滿足基坑施工期間西小島地下水滲流穩定和突涌穩定要求,沿小島內鋼圓筒壁布置單法蘭液位計止水帷幕。
止水帷幕采用三排連續的單法蘭液位計,設計樁底標高至中風化巖層頂部,設計樁底標高-36.2~-48.7m,樁頂標高-21.5~-30.2m,樁長8.7~27m,樁徑0.8m,搭接寬度0.2m。取芯28d無側限抗壓強度不小于1.5MPa,取芯率不小于85%,樁長不小于設計值。要求單孔取芯注水滲透系數不大于1×10-5cm/s,一周內小島及周邊鋼圓筒停止抽水狀態下小島內潛水滲流水量不大于300m3/d,小島內承壓水水位標高不高于-11.0m。
 
3.單法蘭液位計施工
3.1單法蘭液位計工藝流程
鉆機就位→試噴→鉆進→邊提升邊高壓旋轉噴漿→廢棄漿液處理→沖洗機具。
 
3.2施工控制要點
⑴施工前測量定位;⑵調整好鉆桿垂直度;⑶嚴格按照水灰比稱重配比;⑷事先在樁架上標識好鉆桿底部達到樁底設計標高時鉆桿頂端到達樁架的計算位置,用以控制鉆桿鉆進深度;⑸噴漿時嚴格控制上提和旋轉速度,抽查氣壓和噴漿壓力,抽查水泥漿流量和比重;⑹噴漿時注意返漿效果;⑺儀表標定;⑻斷樁補樁處理。
 
3.3工藝試驗
3.3.1地衣次試樁
試樁使用單法蘭液位計機功率22kw,噴嘴2mm,采用傳統三重管法施工。施工參數:氣壓0.6~0.8MPa,水泥漿壓≥30MPa,旋轉速度為10-14r/min。允許偏差:樁位中心±50mm,樁長不小于設計,垂直度不大于1%。設五組試驗,每組三根樁,樁徑0.8m,相互搭接寬度0.2m。前四組水灰比分別為1:1、1:1.2、1:1.3、1:1.5,提升速度10cm/min,噴漿量70L/min;第五組水灰比為1:1,提升速度12cm/min,噴漿量70L/min。
工藝試驗樁樁底標高-36.2m,頂標高-21.5m,樁長14.7米,孔口標高+2.5m。試樁施工完成后進行取芯檢驗,取芯檢測結果顯示:本次試樁取芯樁長為3.65m~13.25m,均未達到設計樁長要求;芯樣上部分連續較完整和下部分破碎無法制樣,存在明顯不均質性;五組取芯率36.4%~81.7%,未達到設計要求85%;取芯28天無側限抗壓強度2.1~8.5MPa,均達到1.5MPa以上,合格率為100%。
試樁成果分析:
①槽底部較硬,旋噴樁機動力頭功率22kw,動力較小,切割地層力不足,攪拌土漿不夠均勻,致下部分芯樣夾泥、夾砂、水泥含量少,芯樣破碎不完整,無法制樣。
②設計要求樁體垂直度不超1%,平面位置偏差不大于50mm,樁間搭接0.2m。在樁間搭接中心取芯,按照#不利偏差成樁,樁底中心#大偏位為38.74m*1%+0.05m=0.437m>0.2m,可能存在樁間未搭接造成取芯未達到設計樁長情況。
③由于成樁深度較深,加上制漿后臺與鉆機距離較遠,噴漿管從后臺到噴漿口長度約130m,能量損耗較大,從噴漿管出來的漿壓和水泥漿流量不足,影響成樁質量。
④出漿孔和出氣孔相距較近,當高壓噴漿時,空氣壓力0.65Mpa,漿壓30Mpa,漿壓遠遠大于空氣壓力,且由于樁底較深,周邊地質密實,空氣沒有及時溢出,導致漿液、氣體在氣管周圍推擠,水泥漿及土質混合物一小部分進入氣管中。時間長凝固,使氣管堵塞,拔管檢修,重新接樁影響成樁效果。
3.3.2第二次試樁
試樁使用單法蘭液位計機功率59kw,噴嘴2mm,噴漿管口至后臺制漿罐長度調整在50m內,氣壓調整為0.7~1.0MPa,水泥漿壓≥30MPa,旋轉速度為21r/min。第二次試樁分兩組。地衣組成樁樁徑為0.8m,間距為0.6m,搭接0.2m,正梅花形布置;第二組成樁樁徑為0.8m,間距為0.4m,搭接0.4m,正梅花形布置。地衣組前三根,第二組后九根采用“新式三重管法(高壓雙噴法)”施工。新式三重管法是將傳統三重管(空氣+高壓水泥漿+水)施工工藝改造為“空氣+雙高壓水泥漿三重管單法蘭液位計”施工工藝,并在管底兩側焊上15cm切割葉片;地衣組后六根,第二組前九根采用“雙重管法(單噴法)”。提升噴漿水灰比為1:1,雙噴漿量140L/min,提升速度在粉砂、中粗砂、強風化巖層中為10cm/min,在淤泥及黏土地層為15cm/min;單噴漿量70L/min,提升速度在各地層均為10cm/min。
本次試樁底標高-48.7m,頂標高-21.5m,樁長27.2米,孔口標高+3.5m。試樁施工完成后進行取芯檢驗,取芯檢測結果顯示:
 
(1)地衣組試樁(搭接寬度0.2m)取芯率在65.1%~78.2%范圍內,黏土淤泥中成樁較完整,砂石地層較破碎無法制樣,不滿足設計要求的85%。
(2)第二組試樁(搭接寬度0.4m)采用單噴高壓噴漿的樁體取芯率51.1%、57.4%、57.8%,黏土淤泥中成樁較完整,砂石地層較破碎無法制樣,不滿足設計要求的85%。
(3)第二組試樁(搭接寬度0.4m)采用雙噴高壓噴漿的樁體較完整,取芯率90.3%、94.0%、94.7%,滿足設計要求的85%。
(4)試樁取芯共取9簇,28天無側限抗壓強度為2.8~6.8MPa,均滿足設計不小于1.5MPa要求。地衣組單噴和雙噴各一簇芯樣總長分別為17.6m、23.7m,第二組單噴有一簇芯樣總長20.3m,均達不到設計樁長,其他6簇均達到設計樁長。
深中通道管理中心召開單法蘭液位計試樁施工技術總結會,會中確定調整單法蘭液位計樁徑0.8m、搭接0.4m,三排連續,要求施工主要參數:氣壓0.7~1.0MPa、水泥漿壓≥30MPa、旋轉速度21r/min、水泥漿水灰比1:1、比重1.52g/cm3;在粉砂、中粗砂、風化巖層中采用雙噴施工,提升速度10cm/min;在淤泥及黏土地層中采用單噴施工,提升速度15cm/min;雙噴漿量140L/min,單噴漿量70L/min;水泥用量雙噴粉砂及以下1064kg/m,單噴淤泥及黏土層355kg/m。以此進行典型施工。
3.4典型施工及正式施工
典型施工完成,抽芯結果滿足設計要求,在辦理設計變更手續后監理人批準了旋噴樁正式施工方案和開工報告,施工參數參照典型施工,在砂層及以下地層采用“新式三重管法(高壓雙噴法)”,到淤泥及黏土層時,關閉一條水泥漿管,采用雙重管法單噴水泥漿施工。
正式施工期間,參建單位認為單孔取芯進行注水試驗不能全面分析西小島基坑島壁止水帷幕的阻斷效果。因此,考慮通過在島內承壓水層內埋設孔隙水壓力傳感器及水位管,對承壓水層的孔隙水壓力及小島內水位進行監測,在止水帷幕完成后,停止鋼圓筒和小島內降水,觀察停泵期間,島內承壓水層的孔壓及水位變化情況,可對島內外承壓水的阻斷情況進行評價,并從整體上驗證島壁止水帷幕效果。故設計單位同意取消抽芯檢測,改為埋設孔隙壓力管和水位管檢測驗證止水帷幕的阻斷效果。正式施工完成一段時間后進行了止水效果檢驗。
 
4.止水效果檢驗
4.1暫停抽水
止水效果檢驗期間小島及周邊鋼圓筒的降水井停止抽水一周。
4.2試驗孔位和儀器布置水位管SW1-2和SW1-1分別布置在小島東西兩側標高為-18.0m潛水位地層;水位管SW2-2、SW2-1及孔隙水壓力測頭1~4號分別布置在小島東西兩側承壓水層,其標高分別為-37.4m、-37.5m、-37.5m、-37.5m、-33.0m、-35.4m。一周內每天早上8點監測數據如圖1、圖2、圖3所示。
 
4.3滲水量計算
一天內透水量為Q=A*h*n(Q-滲水量m3;A-小島投影面積m2;h-島內回填砂中潛水水位變化量m;n-給水度,查工程手冊中粗砂取0.25)。西小島島內面積為7134.8m2,根據潛水位變化量與時間曲線關系圖查得SW1-1水位在第五天水位變化量#大,為150mm,故西小島一天內#大透水量為7134.8*0.15*0.25=267.56m3,滿足設計不大于300m3/d要求。
4.4水位標高計算
孔隙水水位標高=測頭埋設標高+孔隙水壓強換算高度(孔隙水壓強換算高度h=p/(ρg),h-換算高度m,p-孔隙水壓強Pa,ρ-水密度取1000kg/m3,g-重力加速度取10N/kg),得h=10-4p,經計算得到1~4號孔#高水位標高分別為-13.48m、-14.06m、-14.1m、-11.59m;根據承壓水位標高隨時間變化曲線圖查得,SW2-2、SW2-1孔的承壓水#高水位分別為-11.219m、-12.629m。在承壓水位1~4號及SW2-2、SW2-1孔中#高水位標高為-11.219m。承壓水#高水位標高滿足設計不高于-11.0m要求。
5.結束語
采用傳統三重管法和雙重管法施工的單法蘭液位計適用于淤泥、淤泥質土、黏性土中處理地基,對于應用在砂石地層,其取芯率低,成樁質量不佳,止水效果差。深中通道西小島止水帷幕通過改良單法蘭液位計施工工藝,在砂石為主的地層中采用新式三重管法施工單法蘭液位計,止水效果顯著。
 
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